Condutividade térmica: conheça três métodos principais de medição – fio quente, disco ou placa quente e fluxo de calor – para diversos materiais e aplicações.
3 Tipos de Medições de Condutividade Térmica
A condutividade térmica é uma propriedade física crucial que determina a capacidade de um material em conduzir calor. Medir essa propriedade com precisão é essencial em várias aplicações da engenharia térmica. Existem diferentes métodos para medir a condutividade térmica, cada um adequado para tipos específicos de materiais e condições de experimentação. Aqui, discutiremos três métodos principais para a medição da condutividade térmica: método do fio quente, método do disco ou placa quente e método de fluxo de calor.
Método do Fio Quente
O método do fio quente é largamente utilizado para medir a condutividade térmica de materiais isolantes. Nesse método, um fio metálico fino e aquecido é embutido no material cuja condutividade térmica será medida. A variação de temperatura ao longo do tempo é registrada, e a condutividade térmica é calculada com base na taxa de dissipação de calor.
- Um fio de resistência elétrica é inserido no material.
- Uma corrente elétrica é passada pelo fio, aquecendo-o.
- A temperatura é monitorada usando sensores térmicos.
- A fórmula matemática para a variação de temperatura em função do tempo é aplicada para calcular a condutividade térmica.
Método do Disco ou Placa Quente
O método do disco ou placa quente é bastante preciso e amplamente utilizado em laboratórios. Ele é adequado para a medição da condutividade térmica de materiais sólidos e homogêneos. Neste método, uma amostra do material é colocada entre duas placas, uma das quais é aquecida enquanto a outra permanece fria. A taxa de transferência de calor através da amostra é medida para determinar sua condutividade térmica.
- A amostra é colocada entre duas placas metálicas.
- Uma das placas é aquecida por meio de um elemento resistivo.
- Sensores de temperatura registram a variação térmica nas duas placas.
- O fluxo de calor através da amostra e as temperaturas registradas são usadas para calcular a condutividade térmica utilizando a fórmula \( k = \frac{Q \cdot d}{A \cdot (T_1 – T_2)} \), onde \( k \) é a condutividade térmica, \( Q \) é a taxa de transferência de calor, \( d \) é a espessura da amostra, \( A \) é a área e \( T_1 \) e \( T_2 \) são as temperaturas das placas.
Método de Fluxo de Calor
O método de fluxo de calor é geralmente usado para medir a condutividade térmica de materiais de construção e outros materiais industriais. Nesse método, sensores de fluxo de calor são usados para medir diretamente o fluxo de calor que atravessa o material.
- Um sensor de fluxo de calor é fixado à superfície do material.
- Uma fonte de calor é aplicada para criar um gradiente térmico no material.
- O sensor mede o fluxo de calor e, em conjunto com a diferença de temperatura registrada por termopares, a condutividade térmica é determinada utilizando a fórmula \( k = \frac{\dot{Q}}{A \cdot \Delta T} \), onde \( \dot{Q} \) é o fluxo de calor medido, \( A \) é a área através da qual o calor é conduzido, e \( \Delta T \) é a diferença de temperatura registrada.
Ao entender os princípios e as vantagens de cada um desses métodos, engenheiros e cientistas podem escolher a técnica mais apropriada para medir a condutividade térmica em diferentes contextos. Cada método oferece um conjunto de benefícios que pode ser aproveitado para obter resultados precisos e confiáveis.
